Enzimas: Conceitos e Classificação

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P2- BIOQUÍMICA
ENZIMAS 
Conceitos gerais e funções: 
As enzimas são proteínas especializadas na catálise de reações biológicas. Elas estão entre as biomoléculas mais notáveis devido a sua extraordinária especificidade e poder catalítico, que são muito superiores aos dos catalisadores produzidos pelo homem. 
Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas.
Como catalisadores celulares extremamente poderosos, as enzimas aceleram a velocidade de uma reação, sem no entanto participar dela como reagente ou produto.
As enzimas atuam ainda como reguladoras deste conjunto complexo de reações.
As enzimas são, portanto, consideradas as unidades funcionais do metabolismo celular.
Nomenclatura das enzimas: Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática:
Nome Recomendado:  Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com enzimas; Utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Ex: Urease, Hexoquinase, Peptidase...
Nome Sistemático: Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase
Nome Usual: Consagrados pelo uso; Ex: Tripsina, Pepsina, Ptialina.
Classificação das enzimas: As enzimas podem ser classificadas de acordo com vários critérios. O mais importante foi estabelecido pela União Internacional de Bioquímica (IUB), e estabelece 6 classes:
Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. São as Desidrogenases e as Oxidases. Se uma molécula se reduz, tem que haver outra que se oxide.
Transferases: Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Como exemplo temos as Quinases e as Transaminases.
Hidrolases: Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: As peptidases.
Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. As Dehidratases e as Descarboxilases são bons exemplos.
Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. As Epimerases são exemplos.
Ligases: Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, sempre às custas de energia (ATP). São as Sintetases.
Propriedades das enzimas:
São catalisadores biológicos extremamente eficientes e aceleram em média 109 a 1012 vezes a velocidade da reação, transformando de 100 a 1000 moléculas de substrato em produto por minuto de reação.
Atuam em concentrações muito baixas e em condições suaves de temperatura e pH.
Possuem todas as características das proteínas. Podem ter sua atividade regulada. 
Estão quase sempre dentro da célula, e compartimentalizadas.
Cofatores enzimáticos e coenzimas:
Cofatores são pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que podem ser necessárias para a função de uma enzima.  Estes Cofatores não estão ligados permanentemente à molécula da enzima, mas, na ausência deles, a enzima é inativa. A fração protéica de uma enzima, na ausência do seu cofator, é chamada de apoenzima.
            Enzima + Cofator Holoenzima.
Coenzimas são compostos orgânicos, quase sempre derivados de vitaminas, que atuam em conjunto com as enzimas. Podem atuar segundo 3 modelos:
Ligando-se à enzima com afinidade semelhante à do substrato.
Ligando-se covalentemente em local próximo ou no próprio sítio catalítico da apoenzima.
Atuando de maneira intermediária aos dois extremos acima citados.
Especificidade substrato \ enzima: o sítio ativo
As enzimas são muito específicas para os seus substratos. Esta especificidade pode ser relativa a apenas um substrato ou a vários substratos ao mesmo tempo.
Esta especificidade se deve à existência, na superfície da enzima de um local denominado sítio de ligação do substrato. O sítio de ligação do substrato de uma enzima é dado por um arranjo tridimensional especial dos aminoácidos de uma determinada região da molécula, geralmente complementar à molécula do substrato, e ideal espacial e eletricamente para a ligação do mesmo. O sítio de ligação do substrato é capaz de reconhecer inclusive isômeros óticos "D" e "L" de um mesmo composto. Este sítio pode conter um segundo sítio, chamado sítio catalítico ou sítio ativo, ou estar próximo dele; é neste sítio ativo que ocorre a reação enzimática.
Composto que é transformado por uma enzima que se une a uma zona ativa, onde se produz ima catálise, que no exemplo conduz a uma formação de produtos.
A zona sombreada são os aminoácidos desta enzima (proteína) que configuram, neste caso, o centro ativo da enzima.
Alguns modelos procuram explicar a especificidade substrato/enzima:
Modelo Chave/Fechadura que prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura. No exemplo da figura abaixo, uma determinada região da proteína - o módulo SH2 - liga-se à tirosina fosfatada, que se adapta ao sítio ativo da enzima tal como uma chave faz a sua fechadura.
Modelo do Ajuste Induzido que prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato; a enzima se ajustaria à molécula do substrato na sua presença.
Evidências experimentais sugerem um terceiro modelo que combina o ajuste induzido a uma "torção" da molécula do substrato, que o "ativaria" e o prepararia para a sua transformação em produto.
Fatores que influenciam na velocidade de uma reação enzimática:
Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação, até se atingir a temperatura ótima; a partir dela, a atividade volta a diminuir, por desnaturação da molécula;
pH: Ídem à temperatura; existe um pH ótimo, onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sítio catalítico, é ideal para a catálise;
Concentração de Enzima: Para que a reação apresente uma velocidade ótima a contração da enzima tem estar nas condições ideais;
Concentração de Substrato: Para que a reação apresente uma velocidade ótima a contração da substrato tem estar nas condições ideais.
Cinética enzimática: estuda a velocidade das reações enzimáticas, e os atores que influenciam nesta velocidade. A cinética de uma enzima é estudada avaliando-se a quantidade de produto formado ou a quantidade de substrato consumido por unidade de tempo de reação.
Atividade enzimática-Depende também: presença e concentração do cofator; poder catalítico da enzima; capacidade da enzima de transformar o substrato ligado ao complexo
ES em produto por unidade de tempo ES→E + P 
-Afinidade da enzima pelo substrato (Km)
• maior ou menor capacidade da enzima de se ligar ao substrato
E + S→ES
Leonor Michaelis e Malde Menten foram 2 pesquisadores que propuseram o modelo de reação enzimática para apenas um substrato. A partir deste modelo, estes pesquisadores criaram uma equação, que permite demonstrar como a velocidade de uma reação varia com a variação da concentração do substrato. Esta equação pode ser expressa graficamente, e representa o efeito da concentração de substrato sobre a velocidade de reação enzimática.
Centro catalítico / sítio ativo
Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato
Pode possuir componentes não protéicos: cofatores
Possui aminoácidos auxiliares e de contato
Enzimas – sítio ativo
Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato.
Pode possuir componentes não proteicos: cofatores.
Possui aminoácidos auxiliares e de contato.
Enzimas- coenzimas
Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis
Classificam-se em: transportadoras de hidrogênio; transportadoras de grupos químicos; transportadoras de hidrogênio e transportadoras de grupos químicos
Inibição enzimática
Quanto ao tipo: 
Inespecífica- inibidor baixo a atividade de todas as enzimas. Ex: agentes desnaturantes
Específica- inibidor baixo a atividade de uma única enzima ou de um grupo restrito de enzimas. Podem ser: irreversível e reversível (competitiva, não-competitiva e incompetitiva).
Irreversível• inibidor se combina com um grupo funcional (sítio ativo) da enzima
• inibidor se liga à enzima formando um complexo estável
• forma-se uma ligação covalente entre o inibidor e a enzima
Inibição Competitiva
• Inibidor competitivo
• Estrutura semelhante à do substrato
• Liga-se ao Sítio Ativo da Enzima
Reversível
• inibidor forma com a enzima um complexo instável
• inibição não envolve modificação covalente
• Tipos de inibidores reversíveis: (competitivos, não competitivos e incompetitivos)
Não-competitiva
• inibidor não tem semelhança estrutural com o substrato
• não se liga no sítio ativo da enzima
• aumento da [substrato] não diminui a inibição
• km da enzima não se altera
• a velocidade máxima diminui na presença do inibidor
Classificação
Oxirredutases- Transferência de elétrons (íons hidreto ou átomos H)
Transferases- Reações de transferência de grupos
Hidrolases- Reações de hidrólise
Liases- Adição de grupos em ligas duplas ou remoção de grupos com a formação de ligas duplas
Isomerases- Transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros
Ligases- Formação de ligações C-C, C-S, C-O, C-N pelo acoplamento da clivagem do ATP
Exemplos de Subclasses
Hidratases- Adicionam H2O à ligas duplas Liases
Quinases-Transferem fosforilas do ATP (Classe:Transferase)
Mutases- Movem fosforilas dentro da mesma molécula (Classe: Isomerase)
Sintases- Síntese independente de ATP (Classe: Transferases)
Sintetases- Síntese dependente de ATP (Classe: Ligases)